進入21世紀以來,世界各大國對超高速飛行器的研究表現出了濃厚的興趣,以美國、俄羅斯、德國、澳大利亞、英國等為代表的一些國家進入了高超聲速飛行器和空天飛行器研制的新階段。
科學家對高超音速的定義,是速度超過5馬赫,也就是超過音速的5倍。彈道導彈和航天器等在飛出、飛入大氣層的過程中,可以輕易超過這一速度乃至達到幾十倍音速,但如何在大氣層內實現高超音速飛行仍是前沿技術。高超音速飛行器主要包括3類:高超音速巡航導彈、高超音速飛機以及航天飛機。
未來武器—高超音速巡航導彈
近些年,美國對高超聲速飛行器的研究做出了大量的工作,對高超音速飛行器進行了大量的試飛,對研究成果做出了大量的驗證,收貨頗豐。俄羅斯在20世紀90年代前后進行了一系列試飛后,隨著國力的衰退而罕有進展。直至近年來國力復蘇,開始與印度合作進行高超聲速武器的研發。德國、澳大利亞、英國等國家也相繼完成了飛行與地面試驗。此外,巴西、印度等國也紛紛提出了高超聲速飛行器方案。中國對高超聲速飛行器的研究起步較晚,但是隨著我國科研能力的增強和對此方面的重視程度加大,我國在高超聲速研究方面也取得了不錯的進展。
高超聲速風洞
美國發展現狀
從上圖中可以看出,強悍的美帝不但自己在2010年至2013年間,試飛了X-51A、HTV-2、HTV等型號高超聲速飛行器7次試飛,還與澳大利亞展開了合作。美國在高超飛速飛行器方面的研究可謂是遙遙領先。
下面主要介紹下,近年來美國搞得比較出名的兩款高超聲速飛行器:
X-43:
美國X-43高超聲速飛機試飛模擬圖
X-43系列高超音速飛機是美國航空航天總署秘密研制的無人駕駛飛機,看上去很像一塊漂亮的沖浪板。1996年開始研制。2004年第二次試飛成功,并突破7倍音速。
美國航天局在加利福尼亞當地時間11月16日,成功地進行了無人駕駛的高超音速試驗飛機X-43A飛行試驗。X-43A試驗飛機飛上了太平洋上空,飛行速度為每小時1萬多公里,此時飛行馬赫數為9.6,即飛行速度為音速的9.6倍,從而打破了一架同樣型號的X-43A試驗飛機創造的馬赫數為7的紀錄,再次創造了飛機飛行最高飛行速度紀錄。
X-51:
美國X-51高超聲速飛行器飛行圖
X-51A為超燃沖壓發動機驗證機——乘波飛行器。它由波音公司與普拉特·惠特尼公司共同開發,由一臺JP-7碳氫燃料超燃沖壓發動機推動,設計飛行馬赫數在6~6.5之間。這個計劃的終極目標就是要發展一種比美國原武器庫中任何一種導彈的速度都要快5倍以上,可以在1小時內攻擊地球任意位置目標的新武器。
同樣高超聲速飛行器不是每個國家都玩得起的,花費可謂是相當的多,基本已經成了吞金的猛獸。X-51作為美國試飛失敗多次的飛機,同樣也是花費頗多,由于美軍一直有一個信念,那就是一小時打遍全球。在這種信念的支持下,相信美國還是會一直不停地研制下去的。
俄羅斯發展現狀
俄羅斯在20世紀90年代曾進行過大量高超聲速飛行器研究和試驗工作,其進度一度領先于美國,如Kholod項目的試飛時間比美國X-43A早了近10年。然而,隨著俄羅斯國力的衰落,當時的高超聲速技術研究并未最終轉化成武器裝備投入使用。
近年來,隨著俄羅斯國力的復蘇和美國頻繁的高超聲速試驗,俄政府擔心美國的高超聲速飛行器有可能在 2015—2018 年前后形成初始作戰能力并對俄斯構成威脅。因此俄羅斯也是在高超聲速飛行器方面做了很多的研究,不過主要是集中在導彈方面。在2012年俄羅斯完成了高超聲速導彈與載機掛架的分離試驗,此次試驗并非真正意義上的發射試驗,而是彈機分離試驗。2013 年 俄羅斯計劃對高超聲速導彈進行更大規模的試驗,逐步提高高超聲速導彈發動機的試飛速度。
歐洲發展現狀
歐洲近年來在高超聲速技術領域的研究與發展更多偏向于宇宙探索、航空運輸兩大領域和相關基礎技術,而不像美國一般重點關注武器技術發展。
歐洲長期以來在單/雙級入軌領域的研究還是很有成效的,二十一世紀之后,歐洲主要有SKYLON、Space plane 以及 FAST 20XX 等入軌飛行器項目。其中,SKYLON 項目由于 2012 年獲得了突破性進展而較為著名———其輕質預冷卻交換器在 2012 年底的驗證工作中取得了成功。此外,歐洲還嘗試開展 Space plane 項目,旨在為科學研究及民用太空旅行提供平臺。
歐洲高超聲速飛行器研究的另一標志性特點是更多關注大型飛行器。目前,己經有多個項目開始進行大型貨運及載人飛行器的研究工作。LAPCAT飛行器設計用來搭乘300名乘客,ZEHST可以搭載60名乘客,飛行器的質量、尺寸等遠超美國當前高超聲速飛行器水平。
所以人家歐洲研究高超聲速飛行器,主要是為了造福于人民,為人類進入太空的事業做奉獻,而不像美帝他們想著用來打仗。單從情懷道德上來講,歐洲領先其他國家很多很多。
其他國家發展現狀
印度HSTDV項目
該項目靠阿三自己是肯定完成不了的,印度通過跟以色列和俄羅斯合作,旨在對自主模式下超燃沖壓發動機推進的飛行器性能進行演示驗證。同時也將對高馬赫數飛行時的氣動性能、氣動熱、材料和熱防護技術進行驗證。利用一臺固體火箭助推器使其達到超燃沖壓發動機的接力速度,然后在超燃沖壓發動機推進下自主飛行20s。最終目的是在 32.5 km 高空實現馬赫數 6.5 的飛行。
中國發展現狀
我國在導彈方面發展的一直不錯,小編在此也也不多提了。在高超聲速飛機方面,2016年由中國航天科技集團公司十一院1所設計的高超聲速顫振試驗完成了首次吹風試驗。這是我國首次開展的高超聲速風洞顫振試驗,填補了國內相關技術的空白,結束了國外對此類試驗技術長達60多年的壟斷。此次試驗對于我國新型高超聲速飛行器設計研究、特種試驗技術發展具有重要意義。而且十三五規劃對高超速飛行器也是做出了相應的發展規劃。我國雖起步較晚,但相信在廣大科研人員的努力下,終會有所突破。
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